TEST PRELIMINARI SULL’IMPIEGO DEL
TOOLKIT GEANT4 IN CAMPO MEDICO
S. Garelli1, S. Agostinelli1, M. Bevegni1,
F. Foppiano1, G. Paoli1, M. G. Pia2,
M. Tropeano3, L. Andreucci1
1 Fisica
2
Medica - Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova
INFN e Dipartimento di Fisica di Genova
3 Dipartimento di Fisica di Genova
GEANT4
È un Object Oriented Toolkit per la simulazione Montecarlo
del passaggio di particelle nella materia
Trasparenza della
fisica
Estensibile in modo da
soddisfare le richieste
utenti grazie alla
tecnologia OO
Soggetto a validazione
indipendente da parte della
larga comunità mondiale di
utenti
Geant4 fornisce
vari feature
rilevanti per
applicazioni
mediche
Adotta standard ove siano disponibili
(de jure o de facto)
Funzionalità avanzate per geometria,
fisica, visualizzazione etc.
Quality Assurance
basato su solido
software engineering
Usa librerie di dati
di nota fama
Supporto utente
mantenuto da una
organizzazione
internazionale di esperti
GEANT4
Low Energy Electromagnetic Physics
fino a 250 eV per elettroni e fotoni
• basato sulle librerie di dati LLNL
• comprende gli effetti di shell
Il pacchetto Geant4
Low Energy Electromagnetic
estende il supporto delle
interazioni fisiche
fino a ~ 1 keV per adroni e ioni
• Bethe-Block sopra 2 MeV
• parametrizzazioni Ziegler e ICRU
(con dipendenza dai materiali)
• modello “free electron gas”
• modello “quantal harmonic oscillator”
• dipendenza dalla carica (effetto Barkas)
Ulteriori estensioni sono allo studio
Rilevante per applicazioni mediche, spaziali,
astrofisiche etc.
Test del coefficiente /
Scopo dei nostri test è stato simulare per un fascio
monocromatico di fotoni l’andamento del
coefficiente di attenuazione massico al variare:

dell’energia del fascio,

del materiale in cui avviene l’attenuazione,

della presenza del pacchetto Low Energy.
Set-up considerato

Una sorgente puntiforme emette  di energia E nella
direzione x
Il fascio di fotoni è attenuato da uno
spessore d di materiale arbitrario


La parte non attenuata del fascio viene rivelata da un
detector D in condizioni di buona geometria
Test effettuati

Materiali considerati:
 acqua
 piombo
 ferro

Range energetico considerato:
 10


keV - 1 MeV
Confronto con i dati tabulati dal NIST - National
Institute of Standards and Technology
Considerato sia il modello standard sia il pacchetto
Low Energy
Risultati: / in acqua con il
modello standard
Geant4 EMStandard
NIST
 /  (cm 2 / g) in water
10
1
max err = 16 %
0.1
0.01
0.1
Photon Energy (MeV)
1
10
Risultati: / in acqua con il
pacchetto Low Energy
Geant4 LowEn
NIST
 / (cm 2 /g) in water
10
1
max err = 1 %
0.1
0.01
0.1
Photon Energy (MeV)
1
10
Risultati: / in ferro con il
modello standard
Geant4 EMStandard
NIST
 /  (cm 2 / g) in iron
1000
100
10
max err = 8 %
1
0.1
0.01
0.01
0.1
Photon Energy (MeV)
1
10
Risultati: / in ferro con il
pacchetto Low Energy
Geant4 LowEn
NIST
 / (cm 2 /g) in iron
1000
100
10
max err = 1 %
1
0.1
0.01
0.01
0.1
Photon Energy (MeV)
1
10
Conclusioni



Geant4 si è rivelato un toolkit Montecarlo moderno,
semplice da utilizzare e molto potente.
Abbiamo verificato che il pacchetto Low Energy
consente di simulare correttamente (max err = 1%)
l’attenuazione fotonica sino ad almeno 10 keV per una
ampia serie di materiali.
La nostra esperienza consente di guardare a Geant4
come ad un valido tool per simulazioni di applicazioni
mediche.